№ 2 (2024)

Используя технологию проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM – wire arc additive manufacture), был изготовлен высокоэнтропийный сплав неэквиатомного состава Al, Cr, Fe, Co, Ni. Методами современного физического материаловедения выполнен анализ элементного и фазового состава, дефектной субструктуры, механических и трибологических свойств поверхностного слоя высокоэнтропийного сплава, сформированного в результате комплексного модифицирования, сочетающего напыление пленки (B + Cr) и облучение импульсным электронным пучком в среде аргона. В исходном состоянии сплав имеет простую кубическую решетку с параметром решетки 0.28795 нм, средний размер зерна высокоэнтропийного сплава составляет 12.3 мкм. Химические элементы (ат. %) 33.4 Al; 8.3 Сr, 17.1 Fe, 5.4 Co, 35.7 Ni, формирующие высокоэнтропийный сплав, распределены квазипериодически. Выявлен режим облучения (плотность энергии пучка электронов E_S = 20 Дж/см², длительность импульса – 200 мкс, число импульсов – 3 имп., частота – 0.3 с^–1), позволяющий повысить микротвердость (почти в два раза) и износостойкость (более чем в пять раз), снизить коэффициент трения в 1.3 раза. Независимо от величины E_S высокоэнтропийный сплав является однофазным материалом, имеет простую кубическую кристаллическую решетку. Высокоскоростная кристаллизация поверхностного слоя приводит к формированию субзеренной структуры (150–200) нм. Показано, что увеличение прочностных и трибологических свойств высокоэнтропийного сплава обусловлено существенным (в 4.5 раза) снижением среднего размера зерна, формированием частиц оксиборидов хрома и алюминия, внедрением атомов бора в кристаллическую решетку ВЭС.

В работе проведен углубленный анализ калориметрических и объемометрические данных для прямых, обратных и деформационных мартенситных превращений в наноструктурированном сплаве Ti_49.3Ni_50.7 с памятью формы. Образцы были получены холодной прокаткой с одновременным действием импульсного тока большой плотности. Применена новая методика обработки калориметрических спектров, с помощью которой впервые детально изучены стадийность и “кинетика” изменения теплосодержания, а также тепловые эффекты (энтальпия отдельных стадий) при прямых и обратных мартенситных превращениях, возникающих под действием температуры. Посредством обработки объемометрических данных, использования теоретических значений плотности дислокаций и элементов классической теории дислокаций показано, что в сплаве Ti_49.3Ni_50.7 с памятью формы, подвергнутом холодной плоской деформации (прокаткой), сопровождаемой воздействием импульсного тока, протекает деформационное мартенситное превращение. Эта трансформация приводит к положительному объемному эффекту (∆V/V ≈ 3 × 10^–3), который в значительной мере может быть обусловлен дислокациями. Продемонстрировано, что возможные вклады дислокаций в энтальпию прямых и обратных мартенситных превращений в сплаве Ti_49.3Ni_50.7 могут и должны быть значительно ниже по абсолютной величине, но противоположными по знаку относительно наблюдаемой энтальпиии прямого и обратного мартенситного превращения в данном сплаве.

В рамках непрерывной XY-модели получены аналитические выражения, позволяющие вычислять время спонтанного перемагничивания атомных цепочек конечной длины на поверхности металла. Взаимодействие магнитных моментов атомов описано классическим гамильтонианом, включающим в себя обменное взаимодействие Гейзенберга, взаимодействие Дзялошинского–Мория и энергию магнитной анизотропии. На примере системы Co/Pt(664) показано, что предложенный метод дает хорошее согласие с результатами численного моделирования в пределе коротких и длинных атомных цепочек. А для атомных цепочек промежуточной длины его можно использовать для получения ограничения сверху на время спонтанного перемагничивания. Получены зависимости времени спонтанного перемагничивания цепочек конечной длины из атомов Co от величины обменного интеграла, параметров, характеризующих магнитную анизотропию, а также от величины проекции вектора Дзялошинского на ось, перпендикулярную плоскости, в которой лежат магнитные моменты атомов. Показано, что предложенный метод имеет широкую область применения как по температуре, так и по значениям физических параметров, характеризующих магнитные свойства атомных цепочек. Таким образом, он может быть использован не только для системы Co/Pt(664), но и для других похожих систем.

Приведены результаты исследования влияния геометрических и термодинамических параметров термического испарения и осаждения меди на графен, лежащий на поверхности Cu(111), на адсорбцию атомов меди, а также их поверхностную диффузию. Моделирование проводилось методом классической молекулярной динамики с использованием цепочек термостатов Нозе–Гувера. Межатомные взаимодействия определяли с использованием потенциалов Терсоффа–Бреннера, Росато–Жиллопа–Легранда и модифицированного потенциала Морзе. Сформулирован и протестирован простой критерий термализации адатомов на графене, лежащем на поверхности Cu(111). Исследованы средняя длина и среднее время свободного пробега атома меди до и после термализации при низкой (7 К) и комнатной температурах графена для двух температур испарения. Найдена вероятность адсорбции атома меди. Построены распределения по направлениям движения адатомов при равновесной диффузии. Показано, что распределения длины и времени свободного пробега имеют экспоненциальный вид. Исследовано влияние подложки Cu(111) на диффузию атома Cu на графене. Полученные результаты могут быть использованы для моделирования роста нанокластеров меди на графене кинетическим методом Монте-Карло.

Проведено комплексное экспериментальное исследование магнитопластического эффекта, который обнаружен в алюминиевом сплаве В95пч, состаренном в слабом постоянном магнитном поле. Получены данные о химическом составе алюминиевого сплава В95пч, режимах термической и термомагнитной обработок и основных экспериментально наблюдаемых закономерностях изменений значений микротвердости, модуля упругости отдельных локальных областей и фазового состава алюминиевого сплава В95пч, состаренного при температуре 140°С, времени отжига от 2 до 8 ч, в постоянном магнитном поле напряженностью 557.0 кА/м и в его отсутствии. Установлено, что постоянное магнитное поле в значительной мере влияет на прочностные свойства и структуру алюминиевого сплава В95пч. Обнаружен отрицательный магнитопластический эффект, величина которого составляет 21%. При этом наблюдается, что постоянное магнитное поле не оказывает существенного влияния на средний размер зерна, однако размер и количество наблюдаемых инородных включений внутри зерна становится значительно меньше по сравнению со старением в отсутствии магнитного поля. Кроме этого, наложение постоянного магнитного поля на процесс фазообразования приводит к формированию более искаженной структуры: полуширина дифракционных линий становятся шире. Обнаружена корреляции результатов измерения микротвердости и модуля упругости алюминиевого сплава В95пч.

Методом алюминотермического самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получен композиционный материал на основе Nb–Si–C. Исследование данной системы представляет интерес с точки зрения получения высокотемпературных материалов нового поколения для газотурбинного моторостроения, способных заменить жаропрочные никелевые сплавы, а также потенциальной возможности формирования МАХ-фаз (фазы M_{n + 1}AX_n, где n = 1, 2, 3, …; M – переходный d-металл; A – p-элемент; X – углерод). Полученный композит Nb–Si–C исследован методами рентгеновской дифракции, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа. Показано, что в образце формируются карбид NbC и силициды γ-Nb₅Si₃ и NbSi₂. Выполнен детальный анализ морфологического распределения составляющих фаз.

Кристаллы Cd_1–xZn_xTe необходимы для производства детекторов ионизирующих излучений, широко применяемых в науке, технике, медицине и других областях. В процессе выращивания кристаллов, вследствие напряжений при кристаллизации, возникают ростовые дислокации, образуются малоугловые границы. Типичной проблемой при выращивании из расплава кристаллов тройных соединений Cd–Zn–Te является наличие включений теллура, снижающих эффективность работы детекторов. Условия микрогравитации предоставляют уникальные возможности для выращивания высококачественных кристаллов за счет отсутствия конвекции, более равновесного перемешивания расплава, уменьшения внутренних напряжений. Поскольку свойства таких кристаллов сильно зависят от условий получения, требуются затравки и питающий слиток с заданными составами и структурой. Для проведения космического эксперимента подготовлены ампулы с материалами двух составов. Получены кристаллы для загрузок двух составов Cd_0.96Zn_0.04Te и Cd_0.9Zn_0.1Te, состоящие из ориентированной затравки, растворителя и питающего слитка, однофазные, монокристаллические, выбранной ориентации, с малой плотностью дислокаций, отвечающие необходимым требованиям для выращивания кристаллов CZT в условиях микрогравитации. Ампулы с материалами отправлены на МКС для выращивания в условиях микрогравитации на ростовом оборудовании, уже установленном в модуле “Наука”.

Представлены результаты исследования влияния дефокусировки на интерференционных картинах, полученных в рентгеновских трехблочных интерферометрах. Сконструированы, изготовлены и опробованы трехблочные дефокусированные интерферометры без толстого блок-анализатора, с толстым блок-анализатором и с отдельным толстым блоком (увеличителем). Показано, что тонкие структуры интерференционных картин, полученные от трехблочных дефокусированных интерферометров, наблюдаются в тех случаях, когда блок-анализатор интерферометра толстый или применяется увеличитель (четвертый толстый блок). В ходе теоретических расчетов показано, что при наличии дефокусировки в результате наложения пучков на входной поверхности анализатора интерферометра формируется интерференционная картина в виде параллельных полос (линий), лежащих в плоскости рассеяния. Вычислены координаты максимумов интерференционных полос (линий) и период полос в случаях без толстого кристалла и при его наличии, а также собственный коэффициент увеличения. Экспериментально доказано, что толстый кристалл (кристалл-увеличитель) новой информации в интерференционную картину не вносит, а только увеличивает ее размеры в плоскости рассеяния.